จักรวาลยุคแรกเริ่มอาจมี “เครื่องเร่งอนุภาค” ในธรรมชาติ
ที่มาของภาพ, GETTY IMAGES
เมื่อพูดถึงเครื่องเร่งอนุภาค (particle accelerator) เรามักจะนึกถึงสิ่งประดิษฐ์ขนาดใหญ่ที่มนุษย์สร้างและพัฒนาขึ้นเมื่อไม่ถึงร้อยปีมานี้เอง อย่างเช่นเครื่องเร่งและชนอนุภาคแอลเอชซี (LHC) ที่คนทั่วโลกรู้จักกันดี
แต่คงไม่มีใครจะคาดคิดว่า ในห้วงอวกาศของจักรวาลยุคแรกเริ่มเมื่อ 13,800 ล้านปีก่อน หลังเกิดเหตุการณ์บิ๊กแบงได้เพียงชั่วขณะหนึ่ง มีบางสิ่งบางอย่างในธรรมชาติซึ่งทำหน้าที่เสมือนเครื่องเร่งอนุภาคอันทรงพลังมหาศาลเกิดขึ้น
เหล่านักฟิสิกส์ทฤษฎีที่คาดการณ์ถึงการมีอยู่ของมัน เรียกเครื่องเร่งอนุภาคในธรรมชาติจากยุคบรรพกาลนี้ว่า “บับเบิลตรอน” (Bubbletron) เนื่องจากมันคือฟองอวกาศที่ขยายตัวอย่างรวดเร็ว จนทำให้ห้วงจักรวาลเกิดการเปลี่ยนแปลง รวมทั้งเร่งให้อนุภาคต่าง ๆ ขึ้นสู่ระดับพลังงานสูงสุด ชนิดที่ไม่เคยมีมาก่อนในหน้าประวัติศาสตร์ของเอกภพ
การขยายตัวอย่างรวดเร็วหลังเหตุการณ์บิ๊กแบง ทำให้อุณหภูมิของห้วงจักรวาลที่เพิ่งเกิดใหม่ลดลง และเกิดการเปลี่ยนแปลงสถานะของสรรพสิ่ง ซึ่งเหมือนกับการควบแน่นของก๊าซจนกลายเป็นของเหลว หรือการที่ของเหลวกลายสภาพเป็นของแข็ง
ตามหลักทฤษฎีแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคนั้น การเปลี่ยนแปลงสถานะแบบเป็นขั้นเป็นตอนของห้วงจักรวาลจะเกิดขึ้น เมื่อแรงพื้นฐานทั้ง 4 ในธรรมชาติ ที่เคยอยู่รวมกันเป็นหนึ่งเดียวในตอนกำเนิดจักรวาล เริ่มแยกตัวออกจากกันตามลำดับ โดยแรงโน้มถ่วงจะแยกตัวออกมาก่อน จากนั้นแรงนิวเคลียร์อย่างเข้มจะแยกตัวออกมาทำงานเป็นอิสระ ตามมาด้วยการแยกตัวของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าออกจากแรงนิวเคลียร์อย่างอ่อนเป็นขั้นสุดท้าย
ที่มาของภาพ, Getty Images
การแยกตัวของแรงพื้นฐานทั้ง 4 ในธรรมชาติ จะว่าไปแล้วก็เปรียบเสมือนการเปลี่ยนแปลงสถานะของสรรพสิ่งในฟองอวกาศที่กำลังขยายตัว ซึ่งก็คล้ายกับฟองอากาศที่ผุดเกิดขึ้นในหม้อต้มน้ำเดือดพล่าน
เมื่อฟองอวกาศที่มีความปั่นป่วนของพลังงานอยู่ภายใน เกิดขยายตัวขึ้นอย่างรวดเร็ว ผนังของมันที่ยืดขยายออกอย่างมาก ได้กวาดหรือพัดพาเอาอนุภาคต่าง ๆ ให้เคลื่อนที่ไปด้วยอย่างรวดเร็วพร้อมกัน
“กระบวนการนี้เป็นเสมือนเครื่องเร่งอนุภาคที่ทรงพลัง ซึ่งสามารถจะทำให้เกิดการชนปะทะระหว่างอนุภาคพลังงานสูง รวมทั้งช่วยเร่งให้บรรดาอนุภาคขึ้นสู่ระดับพลังงานมหาศาล ซึ่งไม่เคยมีปรากฏมาก่อนในช่วงเวลาใดของจักรวาล” ดร.ฟิลิปโป ซาลา จากมหาวิทยาลัยโบโลญญาของอิตาลี หนึ่งในกลุ่มผู้นำเสนอแนวคิดใหม่กล่าวอธิบาย
ดร.ซาลาและคณะ ได้เผยแพร่แนวคิดเรื่องเครื่องเร่งอนุภาคในธรรมชาติจากยุคบรรพกาล ผ่านทางบทความในเว็บไซต์คลังเอกสารวิชาการออนไลน์ arXiv.org โดยพวกเขาระบุว่าฟองอวกาศซึ่งทำหน้าที่เสมือนเครื่องเร่งอนุภาคนี้ สามารถจะทำให้อนุภาคต่าง ๆ ในยุคแรกเริ่มของจักรวาล มีระดับพลังงานสูงขึ้นยิ่งกว่าที่เครื่องเร่งอนุภาคแอลเอชซีขององค์การวิจัยนิวเคลียร์ยุโรป (เซิร์น) จะทำได้ถึง 1 ล้านล้านเท่า
การชนกันของอนุภาคในระดับพลังงานที่ว่านี้ อาจทำให้เกิดอนุภาคของสสารและพลังงานมืด รวมทั้งวัตถุอวกาศลึกลับอื่น ๆ ที่ยังเป็นปริศนาเช่นหลุมดำยุคบรรพกาล แต่ทว่ากรอบแนวคิดเรื่องเครื่องเร่งอนุภาคในธรรมชาติยุคกำเนิดจักรวาลนี้ กลับไม่สู้จะสอดคล้องลงรอยกับคำอธิบายดั้งเดิมตามแนวทางของแบบจำลองมาตรฐานนัก
ที่มาของภาพ, Getty Images
อย่างไรก็ตาม ดร.ซาลาบอกว่า สมมติฐานของเขาเปิดทางให้สามารถอธิบายถึงกำเนิดของสรรพสิ่งได้ครอบคลุมขึ้น ด้วยเงื่อนไขของสภาวะพิเศษที่มีระดับพลังงานสูงยิ่งกว่าที่นักวิทยาศาสตร์เคยเชื่อกันว่าห้วงจักรวาลจะไปถึงได้ นอกจากนี้ สมมติฐานของเขายังสามารถตรวจสอบความถูกต้องได้ ด้วยเทคโนโลยีหลายแบบที่มีอยู่ในปัจจุบันอีกด้วย
หากเครื่องเร่งอนุภาคในธรรมชาติมีอยู่จริง ดร.ซาลาเชื่อว่าเราจะค้นพบร่องรอยของคลื่นความโน้มถ่วง (gravitational wave) ที่แผ่ออกมาจากปรากฏการณ์ทรงพลังดังกล่าว โดยกล้องโทรทรรศน์ไอน์สไตน์ (Einstein Telescope) รวมทั้งอุปกรณ์สังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศอย่าง LISA นั้น มีโอกาสสูงที่จะตรวจจับคลื่นนี้ได้
ไม่แน่ว่าโครงการความร่วมมือทางดาราศาสตร์วิทยุนานาชาติ “แนวร่วมจับเวลาพัลซาร์” (PTA) ซึ่งติดตามจับเวลาคาบการหมุนของพัลซาร์ (pulsar) ที่เป็นนาฬิกาธรรมชาติชั้นเยี่ยม อาจตรวจพบร่องรอยของคลื่นความโน้มถ่วงจากเครื่องเร่งอนุภาคในธรรมชาตินี้แล้วก็เป็นได้ ซึ่งเราจะต้องรอคอยการตรวจวิเคราะห์ฐานข้อมูลขนาดใหญ่ของ PTA และการประกาศยืนยันผลต่อไป
